JP7439490B2 - ノイズ対策回路 - Google Patents

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Description

本発明は、ノイズ対策回路に関する。
車両に搭載される車載機器等においては、機器間で通信を行うために差動伝送技術が用いられる。特許文献1には、1対の信号線と、1対の信号線を被覆するシールドとを有するシールド線が用いられた差動伝送回路が記載されている。特許文献1の差動伝送回路では、基板グランドとシールド線との間にコモンモードチョークコイルが設けられている。
特開2005-318539号公報
1つの機器に複数のシールド線が接続される場合、コモンモードチョークコイル等のノイズ対策部品の総数も増大する可能性がある。また、外部からのノイズをケーブルに印加して機器の誤動作を調査する、いわゆるイミュニティ試験等においては、外部ノイズが基板グランドに伝わることを十分に抑制できない可能性がある。
本発明は、ノイズ対策部品の数を抑制しつつ、外部ノイズが基板グランドに伝わることを抑制することが可能なノイズ対策回路を提供することを目的とする。
本発明の一側面のノイズ対策回路は、複数の信号源及び基板グランドが設けられた基板と、前記信号源に接続される第1信号線と、前記第1信号線の周囲を被覆する第1シールドと、を有する第1シールド線と、前記信号源に接続される第2信号線と、前記第2信号線の周囲を被覆する第2シールドと、を有する第2シールド線と、第1コイルと、第2コイルとを有し、前記基板に設けられるコモンモードチョークコイルと、を備え、前記第1コイルの一端は前記第1シールドに電気的に接続され、前記第1コイルの他端は前記基板グランドに電気的に接続され、前記第2コイルの一端は前記第2シールドに電気的に接続され、前記第2コイルの他端は前記基板グランドに電気的に接続される。
本発明のノイズ対策回路によれば、ノイズ対策部品の数を抑制しつつ、外部ノイズが基板グランドに伝わることを抑制することが可能である。
図1は、第1実施形態に係るノイズ対策回路の構成を示す模式図である。 図2は、第1実施形態に係る複数のシールド線を有するケーブルの模式図である。 図3は、第1実施形態に係るコモンモードチョークコイルの動作を説明するための説明図である。 図4は、変形例に係るノイズ対策回路の構成を示す模式図である。 図5は、第2実施形態に係るノイズ対策回路の構成を示す模式図である。 図6は、第2実施形態に係るノイズ対策回路の構成を模式的に示す断面図である。 図7は、第3実施形態に係るノイズ対策回路の構成を示す模式図である。 図8は、第3実施形態の変形例に係るノイズ対策回路の構成を示す模式図である。
以下に、本発明のノイズ対策回路の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態により本発明が限定されるものではない。各実施の形態は例示であり、異なる実施の形態で示した構成の部分的な置換又は組み合わせが可能であることは言うまでもない。第2実施形態以降では第1実施形態と共通の事柄についての記述を省略し、異なる点についてのみ説明する。特に、同様の構成による同様の作用効果については実施形態毎には逐次言及しない。
(第1実施形態)
図1は、第1実施形態に係るノイズ対策回路の構成を示す模式図である。図1に示すように、ノイズ対策回路1は、ケーブル2と、コモンモードチョークコイル20と、基板30と、基板グランド31と、IC(Integrated Circuit)40と、を有する。
ケーブル2は、第1シールド線10-1と、第2シールド線10-2と、第3シールド線10-3と、第4シールド線10-4と、を有する。なお、以下の説明では、第1シールド線10-1と、第2シールド線10-2と、第3シールド線10-3と、第4シールド線10-4とを区別して説明する必要がない場合には、単にシールド線10と表す場合がある。
第1シールド線10-1は、1対の第1信号線11a、11bと、1対の第1信号線11a、11bの周囲を被覆する第1シールド15と、を有する。第2シールド線10-2は、1対の第2信号線12a、12bと、1対の第2信号線12a、12bの周囲を被覆する第2シールド16と、を有する。第3シールド線10-3は、1対の第3信号線13a、13bと、1対の第3信号線13a、13bの周囲を被覆する第3シールド17と、を有する。第4シールド線10-4は、1対の第4信号線14a、14bと、1対の第4信号線14a、14bの周囲を被覆する第4シールド18と、を有する。4つのシールド線10のそれぞれが、外部の電子機器100との間で信号の伝送を行う。
第1信号線11a、11b、第2信号線12a、12b、第3信号線13a、13b及び第4信号線14a、14bは、それぞれツイストペア線として形成される。これにより、各シールド線10はノイズの放射を抑制することができる。
図2は、第1実施形態に係る複数のシールド線を有するケーブルの模式図である。本実施形態のノイズ対策回路1は、例えば、車載機器用差動伝送技術の一つであるPCI-expressが採用される。PCI-expressにおいては、図2に示すように、4つのシールド線10が束ねられてケーブル2として形成される。また、4つのシールド線10は、1つのプラグコネクタ50に接続される。4つのシールド線10は、プラグコネクタ50の接続面において、2行2列で配置される。ケーブル2は、プラグコネクタ50を介して基板30に接続される。ただし、図1ではプラグコネクタ50等、基板30との接続構造は省略して示している。
図1に戻って、基板30には、IC40及び基板グランド31が設けられる。基板30は、平板状の絶縁性基板であり、例えばガラスエポキシ等のプリント基板、あるいは、アルミナ基板等のセラミックス基板、あるいは、ポリイミド等のフレキシブル基板である。
IC40は、基板30に実装される。IC40は、シールド線10ごとに設けられた複数の信号源41と、複数の信号源41に電気的に接続されたグランド42と、を有する。第1信号線11a、11b、第2信号線12a、12b、第3信号線13a、13b及び第4信号線14a、14bは、それぞれ複数の信号源41に接続される。
基板グランド31は、例えば、基板30に設けられた導電層で形成される。図1では、説明を分かりやすくするために、2つの基板グランド31が設けられているが、実際には、1つの共通の導電層で形成される。基板グランド31は、一定の基準電位に接続される。基板グランド31は、コモンモードチョークコイル20に接続される。
コモンモードチョークコイル20は、基板30に設けられ、第1コイル21と、第2コイル22とを有する。1対のシールド線10に対して1つのコモンモードチョークコイル20が設けられる。具体的には、第1シールド線10-1及び第2シールド線10-2に1つのコモンモードチョークコイル20が設けられる。また、第3シールド線10-3及び第4シールド線10-4に1つのコモンモードチョークコイル20が設けられる。例えば、n本(nは偶数)のシールド線10がプラグコネクタ50に接続されている場合には、(n/2)個のコモンモードチョークコイル20が設けられる。
第1シールド線10-1及び第2シールド線10-2に設けられたコモンモードチョークコイル20において、第1コイル21の一端は第1シールド15に接続され、第1コイルの他端は基板グランド31に接続される。第2コイル22の一端は第2シールド16に接続され、第2コイル22の他端は基板グランド31に接続される。
第3シールド線10-3及び第4シールド線10-4に設けられたコモンモードチョークコイル20において、第1コイル21の一端は第3シールド17に接続され、第1コイルの他端は基板グランド31に接続される。第2コイル22の一端は第4シールド18に接続され、第2コイル22の他端は基板グランド31に接続される。
図3は、第1実施形態に係るコモンモードチョークコイルの動作を説明するための説明図である。図3に示すように、第1コイル21及び第2コイル22は、コア23に互いに逆方向に巻かれている。
第1コイル21の他端及び第2コイル22の他端に、矢印C1、C2で示すように、同方向のコモンモード電流が流れると、第1コイル21及び第2コイル22でそれぞれ磁界が発生する。第1コイル21及び第2コイル22でそれぞれ発生する磁界は互いに強め合う。コモンモードチョークコイル20は、高インピーダンスとなり、フィルタとして機能する。これにより、基板グランド31にノイズが発生した場合であっても、コモンモードノイズが基板グランド31からシールド線10に伝わることを抑制することができる。この結果、ノイズ対策回路1は、コモンモードノイズによるノイズの放射を抑制することができる。
また、外部からのノイズをケーブル2に印加して機器の誤動作を調査する、いわゆるイミュニティ試験において、第1シールド線10-1の第1シールド15に外部ノイズN-BCIが印加された場合を説明する。外部ノイズN-BCIは、第1コイル21の一端から矢印B1方向に伝導する。本実施形態では、第1コイル21と第2コイル22とは、互いに結合して機能する。このため、外部ノイズN-BCIは、矢印B2、B3に示すように、第1コイル21から第2コイル22を介して、第2シールド線10-2の第2シールド16に伝導する。これにより、ノイズ対策回路1は、外部ノイズN-BCIが基板グランド31に伝導するのを抑制することができ、IC40の誤動作等を抑制することができる。
また、例えば、比較例として、コモンモードチョークコイル20に換えて、フェライトビーズを基板グランド31と第1シールド15との間に設けた場合、イミュニティ試験においてはシールド線10を伝導する外部ノイズN-BCIが基板グランド31に流れることができず、内部の第1信号線11a、11bを伝わってIC40に入る。このため、IC40が誤動作を起こしやすくなる可能性がある。
なお、第1実施形態及び変形例に示した構成は、あくまで一例であり適宜変更することができる。例えば、シールド線10の数は、4本に限定されない。シールド線10の数は、少なくとも一対以上であればよく、あるいは、5本以上であってもよい。ケーブル2は、1つのプラグコネクタ50に多数のシールド線10が束ねて接続されて、ワイヤハーネスとして形成されてもよい。また、図3では、コモンモードチョークコイル20のコア23はリング状であるが、理解を容易にするために例示したものであり、これに限定されない。コア23は、例えば、I型やE型のコアであってもよい。I型やE型のコモンモードチョークコイル20の場合、リング型とは異なり、第1コイル21及び第2コイル22は、同じ方向に2本束ねて巻かれる構造となる。また、コモンモードチョークコイル20は、積層型であってもよい。
以上説明したように、本実施形態のノイズ対策回路1は、基板30と、第1シールド線10-1と、第2シールド線10-2と、コモンモードチョークコイル20と、を備える。基板30は、複数の信号源41及び基板グランド31が設けられる。第1シールド線10-1は、信号源41に接続される第1信号線11a、11bと、第1信号線11a、11bの周囲を被覆する第1シールド15と、を有する。第2シールド線10-2は、信号源41に接続される第2信号線12a、12bと、第2信号線12a、12bの周囲を被覆する第2シールド16と、を有する。コモンモードチョークコイル20は、基板30に設けられ、第1コイル21と、第2コイル22とを有する。第1コイル21の一端は第1シールド15に電気的に接続され、第1コイル21の他端は基板グランド31に電気的に接続される。第2コイル22の一端は第2シールド16に電気的に接続され、第2コイル22の他端は基板グランド31に電気的に接続される。
これによれば、基板グランド31にノイズが発生した場合であっても、コモンモードノイズが基板グランド31からシールド線10に伝わることを抑制することができる。また、一方のシールド線10(例えば第1シールド線10-1)に、外部ノイズN-BCIが印加された場合であっても、第1コイル21と第2コイル22とが相互に結合されて機能するので、外部ノイズN-BCIは、コモンモードチョークコイル20を介して、他方のシールド線10(例えば第2シールド線10-2)に伝導する。これにより、ノイズ対策回路1は、外部ノイズN-BCIが基板グランド31に伝導するのを抑制することができ、IC40の誤動作等を抑制することができる。
また、2つのシールド線10に対して1つのコモンモードチョークコイル20が設けられる。このため、シールド線10ごとに基板グランド31との間にコモンモードチョークコイル20を設ける構成に比べて、ノイズ対策部品の数を抑制することができる。したがって、ノイズ対策回路1によれば、ノイズ対策部品の数を抑制しつつ、外部ノイズが基板グランドに伝わることを抑制することが可能である。
また、ノイズ対策回路1において、第1シールド線10-1は、1対の第1信号線11a、11bを有し、第1シールド15は、1対の第1信号線11a、11bの周囲を被覆する。第2シールド線10-2は、1対の第2信号線12a、12bを有し、第2シールド16は、1対の第2信号線12a、12bの周囲を被覆する。
これによれば、1対の第1信号線11a、11b及び1対の第2信号線12a、12bは、それぞれ、差動信号を伝送できる。
また、ノイズ対策回路1において、1対の第1信号線11a、11b及び1対の第2信号線12a、12bは、それぞれ、ツイストペアである。
これによれば、1対の第1信号線11a、11b及び1対の第2信号線12a、12bからのノイズの放射を抑制することができる。
また、ノイズ対策回路1は、さらに、第3シールド線10-3と第4シールド線10-4と、第3シールド線10-3及び第4シールド線10-4に接続されたコモンモードチョークコイル20と、を備える。
第3シールド線10-3及び第4シールド線10-4においても、コモンモードノイズ及び外部ノイズN-BCIを効果的に抑制することができる。また、ノイズ対策回路1は、4本のシールド線10を一組としてケーブル2を形成して、PCI-expressに適用可能である。
(変形例)
図4は、変形例に係るノイズ対策回路の構成を示す模式図である。変形例では、各シールド線10が同軸ケーブルである構成について説明する。図4に示すように、ノイズ対策回路1Aにおいて、ケーブル2Aが有する第1シールド線10A-1、第2シールド線10A-2、第3シールド線10A-3及び第4シールド線10A-4は、それぞれ同軸ケーブルである。なお、以下の説明では、第1シールド線10A-1、第2シールド線10A-2、第3シールド線10A-3及び第4シールド線10A-4を区別して説明する必要がない場合には、単にシールド線10Aと表す場合がある。
第1シールド線10A-1は、1つの第1信号線11と、第1信号線11の周囲を被覆する第1シールド15と、を有する。第2シールド線10A-2は、1つの第2信号線12と、第2信号線12の周囲を被覆する第2シールド16と、を有する。第3シールド線10A-3は、1つの第3信号線13と、第3信号線13の周囲を被覆する第3シールド17と、を有する。第4シールド線10A-4は、1つの第4信号線14と、第4信号線14の周囲を被覆する第4シールド18と、を有する。
本変形例では、シールド線10に同軸ケーブルが採用されているので、ノイズ耐性を高めることができる。また、コモンモードチョークコイル20と、シールド線10A及び基板グランド31との接続構造は、上述した第1実施形態と同様である。すなわち、同軸ケーブルを用いたノイズ対策回路1Aにおいても、ノイズ対策部品の数を抑制しつつ、外部ノイズN-BCIが基板グランド31に伝わることを抑制することが可能である。
(第2実施形態)
図5は、第2実施形態に係るノイズ対策回路の構成を示す模式図である。図6は、第2実施形態に係るノイズ対策回路の構成を模式的に示す断面図である。第2実施形態では、第1実施形態とは異なり、コモンモードチョークコイル20が、レセプタクルコネクタ51に内蔵されている構成について説明する。
図5に示すように、第2実施形態のノイズ対策回路1Bは、プラグコネクタ50と、基板30に実装されたレセプタクルコネクタ51を有する。複数のシールド線10は、プラグコネクタ50に接続される。プラグコネクタ50とレセプタクルコネクタ51とが連結されることで、複数のシールド線10の第1信号線11a、11b、第2信号線12a、12b、第3信号線13a、13b及び第4信号線14a、14bは、複数の信号源41と電気的に接続される。また、複数のシールド線10の第1シールド15、第2シールド16、第3シールド17及び第4シールド18は、レセプタクルコネクタ51に内蔵されたコモンモードチョークコイル20と電気的に接続される。
なお、コモンモードチョークコイル20と、シールド線10及び基板グランド31との接続構造は、上述した第1実施形態と同様である。また、第2実施形態において、上述した変形例と同様に、複数のシールド線10として同軸ケーブルを採用してもよい。
図6に示すように、レセプタクルコネクタ51には、内部導体として、複数の信号ピン52a、52b、54a、54b及びグランドピン53が設けられている。信号ピン52a、52bは、第1信号線11a、11bと、基板30に設けられた配線とを電気的に接続する。グランドピン53は、コモンモードチョークコイル20と、基板30に設けられた基板グランド31とを電気的に接続する。信号ピン54a、54bは、第2信号線12a、12bと、基板30に設けられた配線とを電気的に接続する。
複数の信号ピン52a、52b、54a、54b及びグランドピン53には、それぞれ屈曲部BPが形成される。具体的には、複数の信号ピン52a、52b、54a、54b及びグランドピン53は、それぞれ、基板30に垂直な方向に延在する部分と、基板30に平行な方向に延在する部分とが接続されて、屈曲部BPが形成される。複数の信号ピン52a、52b、54a、54b及びグランドピン53に伝導される信号により、屈曲部BPでノイズが発生する可能性がある。
本実施形態では、レセプタクルコネクタ51にコモンモードチョークコイル20が設けられ、コモンモードチョークコイル20が屈曲部BPよりシールド線10側の場合は、屈曲部BPで発生するコモンモードノイズが、シールド線10に伝わることを抑制することができる。
(第3実施形態)
図7は、第3実施形態に係るノイズ対策回路の構成を示す模式図である。第3実施形態では、上述の第1実施形態及び第2実施形態とは異なり、コモンモードチョークコイル20とシールド線10との間にコンデンサが設けられた構成について説明する。
具体的には、第3実施形態のノイズ対策回路1Cにおいて、図7に示すように、コモンモードチョークコイル20と第1シールド線10-1との間に第1コンデンサ25が設けられる。第1コイル21の一端は、第1コンデンサ25を介して第1シールド15に電気的に接続される。また、コモンモードチョークコイル20と第2シールド線10-2との間に第2コンデンサ26が設けられる。第2コイル22の一端は、第2コンデンサ26を介して第2シールド16に電気的に接続される。第3シールド線10-3及び第4シールド線10-4にも同様に、それぞれ第1コンデンサ25及び第2コンデンサ26が設けられる。
本実施形態では、ケーブル2(シールド線10)と、基板グランド31との間に、第1コンデンサ25及び第2コンデンサ26が設けられる。これにより、2つの機器がPCI-express等のケーブル2で接続される場合に、2つの機器の基板グランド間(例えば、基板30の基板グランド31と、電子機器100側の基板グランド)で電位のずれが生じた場合であっても、第1コンデンサ25及び第2コンデンサ26により電流の経路が遮断される。このため、ノイズ対策回路1Cは、シールド線10に大電流が流れることを抑制して、コネクタなどの破損を抑制することができる。一方、高周波のノイズや信号に対しては、第1コンデンサ25及び第2コンデンサ26が低インピーダンスとなることで、上述した実施形態と同様に、コモンモードチョークコイル20により耐ノイズ性能を担保することができる。
(第3実施形態の変形例)
図8は、第3実施形態の変形例に係るノイズ対策回路の構成を示す模式図である。本変形例では、上述した第3実施形態と比べてコンデンサ27を設ける位置が異なる。図8に示すように、第3実施形態の変形例に係るノイズ対策回路1Dにおいて、コンデンサ27は、コモンモードチョークコイル20と基板グランド31との間に設けられる。すなわち、第1コイル21の他端と第2コイル22の他端は、コンデンサ27を介して基板グランド31に電気的に接続される。
本変形例においても、2つの機器の基板グランド間で電位差が生じた場合であっても、コンデンサ27により、シールド線10に大電流が流れることを抑制することができる。また、本変形例では、第1シールド15から、第1コイル21及び第2コイル22を経由して第2シールド16までの経路にコンデンサ27が設けられていないので、外部ノイズN-BCI(図3参照)が伝わる経路を確保することができる。
なお、上記した実施の形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更/改良され得るとともに、本発明にはその等価物も含まれる。
1、1A、1B ノイズ対策回路
2、2A ケーブル
10、10A シールド線
10-1、10A-1 第1シールド線
10-2、10A-2 第2シールド線
10-3、10A-3 第3シールド線
10-4、10A-4 第4シールド線
11、11a、11b 第1信号線
12、12a、12b 第2信号線
13、13a、13b 第3信号線
14、14a、14b 第4信号線
15 第1シールド
16 第2シールド
17 第3シールド
18 第4シールド
20 コモンモードチョークコイル
21 第1コイル
22 第2コイル
30 基板
31 基板グランド
40 IC
41 信号源
50 プラグコネクタ
51 レセプタクルコネクタ
52a、52b、54a、54b 信号ピン
53 グランドピン

Claims (8)

  1. 複数の信号源及び基板グランドが設けられた基板と、
    前記信号源に接続される第1信号線と、前記第1信号線の周囲を被覆する第1シールドと、を有する第1シールド線と、
    前記信号源に接続される第2信号線と、前記第2信号線の周囲を被覆する第2シールドと、を有する第2シールド線と、
    第1コイルと、第2コイルとを有し、前記基板に設けられるコモンモードチョークコイルと、を備え、
    前記第1コイルの一端は前記第1シールドに電気的に接続され、前記第1コイルの他端は前記基板グランドに電気的に接続され、
    前記第2コイルの一端は前記第2シールドに電気的に接続され、前記第2コイルの他端は前記基板グランドに電気的に接続される
    ノイズ対策回路。
  2. 請求項1に記載のノイズ対策回路であって、
    前記第1コイルの一端は、第1コンデンサを介して前記第1シールドに電気的に接続され、
    前記第2コイルの一端は、第2コンデンサを介して前記第2シールドに電気的に接続される
    ノイズ対策回路。
  3. 請求項1に記載のノイズ対策回路であって、
    前記第1コイルの他端と前記第2コイルの他端は、コンデンサを介して前記基板グランドに電気的に接続される
    ノイズ対策回路。
  4. 請求項1から請求項3のいずれか1項に記載のノイズ対策回路であって、
    前記第1シールド線は、1対の前記第1信号線を有し、前記第1シールドは、1対の前記第1信号線の周囲を被覆し、
    前記第2シールド線は、1対の前記第2信号線を有し、前記第2シールドは、1対の前記第2信号線の周囲を被覆する
    ノイズ対策回路。
  5. 請求項4に記載のノイズ対策回路であって、
    1対の前記第1信号線及び1対の前記第2信号線は、それぞれ、ツイストペアである
    ノイズ対策回路。
  6. 請求項1から請求項3のいずれか1項に記載のノイズ対策回路であって、
    前記第1シールド線及び前記第2シールド線は、それぞれ同軸ケーブルである
    ノイズ対策回路。
  7. 請求項1から請求項6のいずれか1項に記載のノイズ対策回路であって、
    さらに、第3シールド線と第4シールド線と、前記第3シールド線及び前記第4シールド線に接続されたコモンモードチョークコイルと、を備える
    ノイズ対策回路。
  8. 複数の信号源及び基板グランドが設けられた基板と、
    前記信号源に接続される第1信号線と、前記第1信号線の周囲を被覆する第1シールドと、を有する第1シールド線と、
    前記信号源に接続される第2信号線と、前記第2信号線の周囲を被覆する第2シールドと、を有する第2シールド線と、
    第1コイルと、第2コイルとを有するコモンモードチョークコイルと、を備え、
    前記第1コイルの一端は前記第1シールドに電気的に接続され、前記第1コイルの他端は前記基板グランドに電気的に接続され、
    前記第2コイルの一端は前記第2シールドに電気的に接続され、前記第2コイルの他端は前記基板グランドに電気的に接続され、
    前記第1シールド線及び前記第2シールド線と接続されるプラグコネクタと、
    前記基板に設けられ、前記プラグコネクタと接続されるレセプタクルコネクタと、を有し、
    前記コモンモードチョークコイルは前記レセプタクルコネクタに内蔵される
    ノイズ対策回路。
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